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Jeferson Ever Menacho Caso

Características de Resistência Não Saturada de um Solo Coluvionar e um Solo Saprolítico de Tinguá, RJ

Dissertação de Mestrado

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio

Orientador: Prof. Tácio Mauro Pereira de Campos

Rio de Janeiro

Abril de 2014

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PUC-Rio - Certificação Digital Nº 1213252/CA


Características de Resistência Não Saturada de um Solo Coluvionar e um Solo Saprolítico de Tinguá, RJ

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil do Centro Técnico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.

Prof. Tácio Mauro Pereira de Campos Orientador

Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio

Prof. Eurípedes do Amaral Vargas Jr. Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio

Prof. Fernando Antônio Medeiros Marinho Universidade de São Paulo

Prof. Lucio Flavio de Souza Vilar Universidade Federal de Minas Gerais

Prof. José Eugênio Leal Coordenador Setorial do Centro

Técnico Científico – PUC-Rio

Rio de Janeiro, 04 de abril de 2014.

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Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.


Graduou-se em Engenharia Civil pela Universidade Nacional de Engenharia - UNI em 2007. Principais áreas de interesse: Estabilidade de Taludes e Encostas, Geotecnia experimental com solos não saturados.

Ficha Catalográfica

CDD: 624

Menacho Caso, Jeferson Ever Características de resistência não saturada de um solo coluvionar e um solo saprolítico de Tinguá, RJ / Jeferson Ever Menacho Caso ; orientador: Tácio Mauro Pereira de Campos. – 2014. 177 f. il. (color.) ; 30 cm Dissertação (mestrado)–Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, 2014. Inclui bibliografia 1. Engenharia civil – Teses. 2. Solo não saturado. 3. Cisalhamento direto com sucção controlada. 4. Solo residual jovem e coluvial. I. Campos, Tácio Mauro Pereira de. II. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. III. Título.

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Ao meu Pai e minha Mãe por todo o apoio e amor incondicional A minha esposa e filhos por ser o motivo de superação cada dia

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Agradecimentos

A Deus!

Ao professor Tácio Mauro Pereira, por o conhecimento compartido e a amizade.

A meus Pais por todo o apoio.

A minha esposa e filhos por aguardar sempre meu retorno.

Aos meus amigos e colegas da PUC-Rio, em especial a meus amigos com que passe o maior tempo de convivência durante o dia e durante as noites de estudo.

Ao Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio.

À CAPES pelo apoio financeiro.

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Resumo Caso, Jeferson Ever Menacho; de Campos, Tácio Mauro Pereira. Características de Resistência Não Saturada de um Solo Coluvionar e um Solo Saprolítico de Tinguá, RJ. Rio de Janeiro, 2014. 177p. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

Muitos dos movimentos de massa gravitacionais estão fortemente

associados a uma perda de sucção na resistência ao cisalhamento do solo,

decorrente de variações de umidade de origem natural (variações atmosféricas) ou

de origem artificial (atividade humana). Dentro deste contexto, no presente

trabalho analisou-se a influência da sucção na resistência ao cisalhamento,

determinaram-se as envoltórias de resistência ao cisalhamento na condição não

saturada e avaliou-se a influência de ciclos de umedecimento e secagem na

resistência dos solos. Dois tipos de solos da região de Tinguá/RJ foram

selecionados para estudo: um solo Residual Jovem e um Colúvio. Estes solos

foram submetidos a um programa experimental que consistiu da caracterização

granulométrica e mineralógica do material, seguido da obtenção da curva de

retenção de água pelo método do papel filtro. Os ensaios de resistência ao

cisalhamento envolveram ensaios de cisalhamento direto na condição saturada ou

inundada e, para a condição não saturada, utilizou-se o equipamento de

cisalhamento direto com sucção controlada (CDSC) da PUC-Rio, projetado por de

Campos (1988) e implementado por Fonseca (1991) e Delgado (1993). O

equipamento está baseado na técnica de translação de eixos. Para a determinação

da velocidade de cisalhamento na condição não saturada utilizou-se a metodologia

proposta por Ho & Fredlund (1982). A partir dos resultados obtidos foi possível

obter os parâmetros da envoltória do solo não saturado, Ø’, Øb, e c; e plotar a

superfície 3D da envoltória que relaciona a resistência do solo não saturado com a

tensão normal líquida e a sucção.

Palavras-chave

Solo não saturado; cisalhamento direto com sucção controlada; solo Residual Jovem e um Colúvio.

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Abstract

Caso, Jeferson Ever Menacho; Campos, Tácio Mauro Pereira (Advisor) Strength Characteristics of Unsaturated Colluvium and Saprolitc Soils from Tinguá, RJ. Rio de Janeiro, 2014. 177p. MSc. Dissertation – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

Many of gravitational mass movements are strongly associated with a loss

of suction on shear strength of the soil due to moisture variations of natural origin

(atmospheric variations) or artificial sources (human activity). Within this context,

the present study examined the influence of suction on shear strength, determined

whether the envelopes of shear strength in unsaturated condition and evaluated the

influence of wetting and drying cycles in soil strength. Two types of soils in the

region of Tinguá / RJ were selected for study: A Young Residual soil and

colluvium. These soils were subjected to an experimental program that consisted

of particle size and mineralogical characterization of the material, followed by

obtaining the curve of water retention by the filter paper method. The shear

strength tests involved direct shear tests on saturated or flooded condition and to

unsaturated condition, we used the direct shear device with controlled suction

(CDSC) of PUC-Rio, designed by Field (1988) and implemented by Fonseca

(1991) and Delgado (1993). The device is based on the technique of translation of

the axes. For the determination of the shear rate in the unsaturated condition used

the methodology proposed by Ho & Fredlund (1982). From the results it was

possible to obtain the parameters of the envelope of unsaturated soil, Ø ', b, and c;

and plot the 3D surface of the envelope which relates the strength of unsaturated

soil with net normal stress and suction.

Keywords

Unsaturated Soil; shear direct with controlled suction; Colluvium and Saprolitc Soil.

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Sumário

1 Introdução 23

2 Revisão Bibliográfica 25

2.1. Origem dos Solos não saturados 25

2.2. Fases constituintes dos solos não saturados 26

2.3. Sucção 28

2.4. Curva de Retenção do solo não saturado 29

2.4.1. Fatores que influenciam a forma da curva de retenção 30

2.4.2. Métodos de obtenção da Curva de Retenção 34

2.5. Equação de Resistência ao Cisalhamento de solos não saturados 40

2.6. Principais equações para representar a curva de retenção 46

2.7. Modelos de Previsão da Resistencia de um solo não saturado 48

2.8. Estudos dos efeitos dos ciclos de umedecimento e secagem na resistência ao

cisalhamento do solo. 50

3 Equipamento, Rotinas de Ensaio e Programa de Ensaios. 52

3.1. Equipamento 52

3.1.1. Ensaio de Cisalhamento Direto Convencional 52

3.1.2. Ensaio de Cisalhamento Direto Com Sucção Controlada 53

3.1.3. Imposição de sucção com Dessecadores 60

3.1.4. Determinação da curva Característica 61

3.2. Rotinas de Ensaio 62

3.2.1. Ensaio de Cisalhamento Direto Convencional 62

3.2.2. Ensaio de Cisalhamento Direto Com Sucção Controlada 62

3.2.3. Imposição de sucção com Dessecadores 65

3.2.4. Determinação das curvas de Retenção 66

3.3. Programa de Ensaios 67

4 Área de Estudo e Amostragem 69

4.1. Área de Estudo 69

4.1.1. Meio Físico 69

4.1.2. Geologia 70

4.1.3. Aspectos Climáticos 71

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4.2. Amostragem 72

5 Caracterizações Física, Química e Mineralógica. 74

5.1. Características Físicas 74

5.1.1. Índices Físicos 74

5.1.2. Análise Granulométrica 74

5.1.3. Limites de Consistência 76

5.1.4. Classificação do Solo 77

5.1.5. Porosidade 77

5.2. Características Químicas 79

5.2.1. Análise Química Total 79

5.3. Características Mineralógicas 80

5.3.1. Análise Térmica Diferencial (ATD) 80

5.3.2. Difração de Raios-X 81

5.3.3. Microscopia Digital de Varredura 84

5.4. Curva de Retenção 86

6 Ensaios de Resistencia 91

6.1. Velocidade de cisalhamento 91

6.1.1. Tempo de Rotura para Ensaios saturados. 91

6.1.2. Tempo de Rotura para Ensaios não saturados. 92

6.2. Ensaios de Cisalhamento direto na condição submersa 97

6.3. Ensaios de Cisalhamento direto na condição não saturada 100

6.3.1. Ensaios com Tensão Normal Líquida Constante 103

6.3.2. Ensaios de Cisalhamento em Função da Tensão Normal Liquida 116

6.4. Ensaios de Cisalhamento direto com ciclos de umedecimento e secado. 123

6.4.1. Ciclo I 124

6.4.2. Ciclo II 132

7 Interpretação de Resultados 136

7.1. Critério de definição de ruptura utilizado 136

7.2. Compressibilidade dos Materiais 137

7.2.1. Amostras Submersas 137

7.2.2. Amostras Não-Saturadas 139

7.3. Resistência ao Cisalhamento 140

7.3.1. Resistência ao Cisalhamento na Condição Submersa 140

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7.3.2. Resistencia ao Cisalhamento na Condição Não saturada 142

7.3.3. Comparação dos Resultados Obtidos com Estimativas Indiretas da Resistencia ao

Cisalhamento Através de Formulações Simplificadas 151

7.3.4. Comparação dos Resultados Obtidos com outros materiais encontrados na literatura

152

7.3.5. Influência dos Ciclos de Umedecimento e Secagem na Resistencia ao Cisalhamento.

156

7.3.6. Secagem após a Saturação 156

7.3.7. Saturação após a secagem 158

8 Conclusões e sugestões 160

8.1. Conclusões 160

8.1.1. Caracterização física, química e mineralógica. 160

8.1.2. Compressibilidade 161

8.1.3. Resistencia ao cisalhamento 161

8.2. Sugestões 163

Referências Bibliográficas 164

Apêndice A Calibração dos instrumentos eletrônicos e saturação do disco cerâmico (DAVE)

171

A.1. Calibração dos instrumentos eletrônicos de medição. 171

A.2. Saturação do Disco Cerâmico de Alto Valor de Entrada de Ar (DAVE). 176

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Lista de Figuras

Figura 2.1 – Formação do solo não saturado no ciclo hidrológico. Lu and Likos (2004). ..... 26

Figura 2.2 – Elemento de solo não saturado com a fase gasosa continua. (adaptado de

Fredlund e Morgenstern, 1977). .................................................................................... 27

Figura 2.3 – Definição de Sucção Total e suas componentes através de uma membrana

semipermeável, Marinho (2000). ................................................................................... 29

Figura 2.4 – Curva de Retenção típica para um solo siltoso, segundo Fredlund e Xing

(1994). ........................................................................................................................... 29

Figura 2.5 – Influência do tipo de solo na curva de característica, Fredlund e Xing (1994). . 31

Figura 2.6 – Curvas de retenção para dois solos tropicais, Futai (2002). ............................. 32

Figura 2.7 – Curvas de retenção obtidas no trecho seco e trecho úmido da compactação,

Oliveira (2002). .............................................................................................................. 32

Figura 2.8 – Curvas características obtidas seguindo trajetórias de umedecimento e

secagem, Ng e Pang (2000). ......................................................................................... 33

Figura 2.9 – Curvas características obtidas para diferentes tensões liquidas, Ng e Pang

(2000). ........................................................................................................................... 34

Figura 2.10 – Aplicação de sucção por imposição da umidade relativa através dos

dessecadores, Soto (2004). ........................................................................................... 38

Figura 2.11 – Possíveis envoltórias de ruptura para um solo não saturado, adaptado de

Fredlund (2002). ............................................................................................................ 42

Figura 2.12 – Resultados obtidos a partir de ensaios de cisalhamento direto com sucção

controlada plotados nos planos vs. (σ-ua) e vs. (ua-uw), Escário e Sáez (1986). ...... 43

Figura 2.13 – Não linearidade da envoltória de resistência no plano vs. (ua-uw) Fredlund et

al. (1987). ....................................................................................................................... 44

Figura 2.14 – Relação entre curva característica e envoltória de resistência ao cisalhamento,

Fredlund ( 2002) ............................................................................................................ 45

Figura 2.15 – Envoltória de resistência no plano vs. (ua-uw) para diferentes solos, Rassam

e Cook (2002). ............................................................................................................... 45

Figura 2.16 – Determinação gráfica dos parâmetros necessários para calcular os valores de

a, n e m. Fredlund e Xing (1994). .................................................................................. 47

Figura 2.17 – Relação entre o parâmetro de ajuste (k) e o índice de plasticidade (IP)

(Vanapalli & Fredlund, 2000). ........................................................................................ 49

Figura 3.1 – Equipamento de Cisalhamento Direto Convencional da PUC-Rio. ................... 52

Figura 3.2 – Equipamento de Cisalhamento Direto com sucção controlada da PUC-Rio. ... 54

Figura 3.3 – Câmara de Pressão de Ar. ................................................................................ 55

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Figura 3.4 – Caixa de cisalhamento Bipartida. ...................................................................... 56

Figura 3.5 – Câmara de Ar comprimido com válvulas para pressão de água e ar. ............... 57

Figura 3.6 – Sistema de aplicação de carga vertical composto por um pendural e braço de

alavanca. ....................................................................................................................... 58

Figura 3.7 – Sistema de extração de bolhas de ar. ............................................................... 59

Figura 3.8 – Sistema de Aquisição de Dados. ....................................................................... 60

Figura 3.9 – Imposição da sucção através dos dessecadores. ............................................. 60

Figura 3.10 – Papel filtro tipo Whatman N°42 utilizado na determinação da curva de

retenção. ........................................................................................................................ 61

Figura 3.11 – Trechos de avaliação para detecção de vazamentos, Adaptado de Delgado

(1993). ........................................................................................................................... 63

Figura 4.1 – Localização da Área de Estudo ......................................................................... 70

Figura 4.2 – Localização dos dois pontos de amostragem dentro do plano geológico. ........ 70

Figura 4.3 - Talude escavado de leucognaisse, a foliação é caracterizada por bandamento

composicional. ............................................................................................................... 71

Figura 4.4 - Feldspato róseo e micas centimétricas característico localmente. .................. 71

Figura 4.5 - Classificação da Reserva Biológica do Tinguá quanto à temperatura e umidade

médias (Fonte: Plano de Manejo da Reserva Biológica do Tinguá). ............................. 72

Figura 4.6 – Talude de retirada da amostra do solo Colúvio (Campus Avançado da PUC-

Rio). ............................................................................................................................... 73

Figura 4.7 – Talude de retirada da amostra do solo Residual Jovem ( Reserva Biológica de

Tinguá). .......................................................................................................................... 73

Figura 5.1 – Curvas granulométricas do solo Colúvio realizado com hexamefosfato de sódio

e água como defloculante respectivamente. ................................................................. 75

Figura 5.2 – Curvas granulométricas do solo Residual Jovem realizado com hexamefosfato

de sódio e água como defloculante respectivamente. ................................................... 76

Figura 5.3 – Curvas de Distribuição de poros respeito ao tamanho dos poros. .................... 78

Figura 5.4 – Curvas de Distribuição Acumulado de poros ao tamanho dos poros. ............... 78

Figura 5.5 – Termograma do solo Residual Jovem. .............................................................. 80

Figura 5.6 – Termograma do solo Coluvio. ........................................................................... 81

Figura 5.7 – Difratograma do material retido na peneira #200 do solo Residual Jovem. ...... 82

Figura 5.8 – Difratograma do material retido na peneira #400 do solo Residual jovem. ....... 82

Figura 5.9 – Difratograma do material retido na peneira #200 do Colúvio. ........................... 83

Figura 5.10 – Difratograma do material retido na peneira #400 do Colúvio. ......................... 83

Figura 5.11 – Distribuição de poros (macroporos) na estrutura do solo Residual Jovem. .... 84

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Figura 5.12 – Presença de material cimentante (óxido de ferro) envolvendo os grãos de

quartzo e feldspato na estrutura do solo Residual Jovem. ............................................ 85

Figura 5.13 – Distribuição de poros na estrutura do solo Residual Jovem. .......................... 85

Figura 5.14 –Visualização dos macroporos e microporos na estrutura do Colúvio. .............. 86

Figura 5.15 – Curva de retenção seguindo uma trajetória de umedecimento – solo Colúvio.

....................................................................................................................................... 87

Figura 5.16 – Curva de retenção seguindo uma trajetória de secagem – solo Colúvio. ....... 87

Figura 5.17 – Curva de retenção – solo Residual Jovem. ..................................................... 88

Figura 5.18 – Curva de retenção em função da umidade Gravimétrica – Colúvio. ............... 88

Figura 5.19 – Curva de retenção em função da umidade Volumétrica – Colúvio. ................ 89

Figura 5.20 – Curva de retenção em função do grau de saturação – Colúvio. ..................... 89

Figura 5.21 – Curva de retenção em função da umidade Gravimétrica – Solo Residual

Jovem. ........................................................................................................................... 90

Figura 5.22 – Curva de retenção em função da umidade Volumétrica – Solo Residual Jovem.

....................................................................................................................................... 90

Figura 5.23 – Curva de retenção em função do Grau de Saturação – Solo Residual Jovem.

....................................................................................................................................... 90

Figura 6.1 – Coeficiente de Permeabilidade relativa versus sucção mátrica para o solo

Residual Jovem. ............................................................................................................ 94

Figura 6.2 – Previsão da função permeabilidade não saturada para o solo Residual Jovem.

....................................................................................................................................... 95

Figura 6.3 – Coeficiente de Permeabilidade relativa versus sucção mátrica para o Colúvio. 95

Figura 6.4 – Previsão da função permeabilidade não saturada para o solo o Colúvio. ....... 96

Figura 6.5 – Ensaio de cisalhamento Direto – curva tensão – deslocamento, do solo

Residual jovem. ............................................................................................................. 99

Figura 6.6 – Ensaio de cisalhamento Direto – curva tensão – deslocamento, do Colúvio. . 100

Figura 6.7 – Curvas de deslocamento vertical e variação volumétrica de água que sai ou

entra no C.P em função do tempo de ensaio da série I – solo Residual Jovem. ........ 104

Figura 6.8 – Curvas de tensão cisalhante, deslocamento vertical e variação volumétrica com

respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série I – solo Residual

Jovem. ......................................................................................................................... 105


entra no C.P em função do tempo de ensaio da série I – Colúvio. .............................. 106

Figura 6.10 – Curvas de tensão cisalhante, deslocamento vertical e variação volumétrica

com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série I – Colúvio. ... 107

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entra no C.P em função do tempo de ensaio da série II – solo Residual Jovem. ....... 108


com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série II – solo Residual

Jovem. ......................................................................................................................... 109


entra no C.P em função do tempo de ensaio da série II – Colúvio. ............................. 110


com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série II – Colúvio. .. 111


entra no C.P em função do tempo de ensaio da série III – solo Residual Jovem. ...... 112


com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série III – solo Residual

Jovem. ......................................................................................................................... 113


entra no C.P em função do tempo de ensaio da série III – Colúvio. ............................ 114


com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série III – Colúvio. . 115


com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do cisalhamento da série I – solo

Residual Jovem. .......................................................................................................... 117


com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série I – Colúvio. ... 118


com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série II – solo Residual

Jovem. ......................................................................................................................... 119


com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série II – Colúvio. .. 120


com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série III – solo Residual

Jovem. ......................................................................................................................... 121


com respeito ao deslocamento horizontal ao longo do ensaio da série III – Colúvio. . 122


com respeito ao deslocamento horizontal do ensaio I.1 com ciclo e sem ciclo de

umedecimento e secagem no Colúvio. ........................................................................ 126

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umedecimento e secagem no solo Residual Jovem. ................................................... 129








com respeito ao deslocamento horizontal dos ensaios II.1, II.2 e II.3 comparadas com a

obtida da condição submersa no solo Colúvio. ........................................................... 134


com respeito ao deslocamento horizontal dos ensaios II.1, II.2 e II.3 comparadas com a

obtida da condição submersa no solo Residual Jovem. .............................................. 135

Figura 7.1 – Critério de definição dos pontos de ruptura. .................................................... 137

Figura 7.2 – Curva de compressibilidade em função da tensão normal na condição

submersa, para o solo Residual jovem. ....................................................................... 138

Figura 7.3 – Curva de compressibilidade em função da tensão normal na condição

submersa, para o Colúvio. ........................................................................................... 138

Figura 7.4 – Variação do índice de vazios com a tensão normal líquida para o solo Residual

Jovem. ......................................................................................................................... 139

Figura 7.5 – Variação do índice de vazios com a tensão normal líquida para o Colúvio. ... 139

Figura 7.6 – Envoltória de resistência de amostras submersas do solo Residual .............. 141

Figura 7.7 – Envoltória de resistência de amostras submersas do Colúvio. ....................... 141

Figura 7.8 – Envoltória de resistência não saturada no plano Tensão Cisalhante vs. sucção

mátrica do solo Residual jovem. .................................................................................. 144

Figura 7.9 – Envoltória de resistência não saturada no plano Tensão Cisalhante vs. sucção

mátrica do Colúvio. ...................................................................................................... 145

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Figura 7.10 – Envoltória de resistência não saturada no plano Tensão Cisalhante vs. Tensão

Normal Líquida do solo Residual jovem. ..................................................................... 145

Figura 7.11 – Envoltória de resistência não saturada no plano Tensão Cisalhante vs. Tensão

Normal Líquida do solo Colúvio. .................................................................................. 146

Figura 7.12 – Variação da coesão aparente com relação à sucção mátrica para o solo

Residual jovem. ........................................................................................................... 147

Figura 7.13 – Variação da coesão aparente com relação à sucção mátrica para o solo

Colúvio. ........................................................................................................................ 147

Figura 7.14 – Variação de Ø’ e Øb com relação à sucção mátrica para o solo Residual

Jovem. ......................................................................................................................... 148

Figura 7.15 – Variação de Ø’ e Øb com relação à sucção mátrica para o Colúvio. ............ 148

Figura 7.16 – Envoltória Tridimensional de Resistência para o solo Residual jovem. ....... 149

Figura 7.17 – Envoltória Tridimensional de Resistência para o Colúvio. ........................... 150

Figura 7.18 – Comparação das envoltórias obtidas com as formulações propostas pelos

autores com a envoltória obtida experimentalmente para o solo Residual jovem. ...... 151

Figura 7.19 – Comparação das envoltórias obtidas com as formulações propostas pelos

autores com a envoltória obtida experimentalmente para o Colúvio. .......................... 151

Figura 7.20 – Comparação das envoltórias de resistência para todos os solos Coluvionares.

..................................................................................................................................... 154

Figura 7.21 – Comparação das envoltórias de resistência para todos os solos residuais. . 154

Figura 7.22 – Comparação das Variações de Øb com a sucção para todos os solos

Coluvionares.................................................................................................................155

Figura 7.23 – Comparação das Variações de Øb com a sucção para todos os solos

Residuais......................................................................................................................155

Figura 7.24 – Superposição dos pares de tensões do ciclo I na envoltória de resistência,

para uma tensão normal líquida de 120 kPa – Colúvio. .............................................. 156

Figura 7.25 – Superposição dos pares de tensões da série I na envoltória de resistência,

para uma tensão líquida de 120 kPa – solo Residual jovem. ...................................... 157

Figura 7.26 – Resistência ao cisalhamento após a saturação versus o nível de sucção

atingido antes da saturação, para uma tensão líquida de 120 kPa – Colúvio. ............ 158

Figura 7.27 – Resistência ao cisalhamento após da saturação versus o nível de sucção

atingido antes da saturação, para uma tensão líquida de 120 kPa – solo Residual

Jovem. ......................................................................................................................... 159

Figura A.1 – Sistema de aquisição de dados. ..................................................................... 171

Figura A.2 – Curva de calibração do transdutor de deslocamento: (a) vertical; (b) horizontal.

..................................................................................................................................... 173

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Figura A.3 – Curva de calibração do transdutor de pressão: (a) de ar; (b) de água. .......... 174

Figura A.4 – Curva de calibração da célula de carga: (a) horizontal; (b) vertical. ............... 175

Figura A.5 – Curva de calibração do medidor de variação volumétrico. ............................. 176

Figura A.6 – Curva de Volume percolado vs. Tempo de percolação. ................................. 177

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Lista de Tabelas Tabela 2.1 – Técnicas utilizadas para a medição da sucção do solo, Fredlund e Rahardjo,(

1993); Marinho, (1997). ................................................................................................. 34

Tabela 2.2 – Tempos de equilíbrio necessários para medições de sucção total; Marinho

(1997) ............................................................................................................................ 35

Tabela 2.3 – Equações de calibração dos papeis filtro Schleider & Schuell No. 589. e

Whatman No 42, Feuerharmel (2007). ......................................................................... 36

Tabela 2.4 – Níveis de sucção total para diferentes concentrações de NaCl, Lu and Likos

(2004). ........................................................................................................................... 38

Tabela 2.5 – Principais equações de ajuste da Curva de Retenção. Adaptado de Oliveira

(2004). ........................................................................................................................... 46

Tabela 3.1 – Principais Características dos Equipamentos CDSC, adaptado de Fonseca

(1991). ........................................................................................................................... 53

Tabela 3.2 – Concentrações de soluto para as sucções desejadas. .................................... 65

Tabela 3.3 – Séries de ensaios de cisalhamento direto convencional, com sucção controlada

e com ciclos de umedecimento e secagem, respectivamente. ...................................... 67

Tabela 5.1 – Índices físicos das amostras indeformadas. ..................................................... 74

Tabela 5.2 – Resumo da granulometria de cada solo analisado. .......................................... 75

Tabela 5.3 – Limites de consistência e atividade da fracção argila. ...................................... 76

Tabela 5.4 – Classificação IUPAC (Diâmetro de Poros). ..................................................... 77

Tabela 5.5 – Análise Química Total ....................................................................................... 79

Tabela 6.1 – Velocidades de Cisalhamento para a condição Saturada do solo Coluvio. ..... 92

Tabela 6.2 – Velocidades de Cisalhamento para a condição Saturada do solo Residual

Jovem. ........................................................................................................................... 92

Tabela 6.3 Apresenta as velocidades calculadas para os ensaios de cisalhamento direto

com sucção controlada para o solo Residual Jovem. .................................................... 96

Tabela 6.4 Apresenta as velocidades calculadas para os ensaios de cisalhamento direto

com sucção controlada para o Colúvio. ......................................................................... 97

Tabela 6.5 – Índices Físicos no inicio, após o adensamento e no final do ensaio – solo

Residual Jovem. ............................................................................................................ 98

Tabela 6.6 – Índices Físicos no inicio, após do adensamento e no final do ensaio – Colúvio.

....................................................................................................................................... 98

Tabela 6.7 – Índices Físicos no inicio, após o adensamento e no final do ensaio do solo

Residual Jovem. .......................................................................................................... 101

DBD


Tabela 6.8 – Índices Físicos no inicio, após o adensamento e no final do ensaio do Colúvio.

..................................................................................................................................... 102

Tabela 6.9 – Série de Ensaios em função da Tensão Normal líquida aplicada. ................. 116

Tabela 6.10 – Ciclos de Umedecimento e Secagem para o Colúvio e solo Residual. ........ 123

Tabela 6.11 – Índices físicos ao longo do Ciclo I para o Colúvio. ....................................... 124

Tabela 6.12 – Índices físicos ao longo do Ciclo I para o Solo Residual Jovem. ................. 124

Tabela 6.9 – Índices físicos ao longo do Ciclo II para o Colúvio. ........................................ 132

Tabela 6.10 – Índices físicos ao longo do Ciclo II para o Solo Residual Jovem. ................ 132

Tabela 7.1 – Tensão cisalhante, tensão normal e deslocamento horizontal na ruptura para o

solo Residual jovem. .................................................................................................... 140

Tabela 7.2 – Tensão cisalhante, tensão normal e deslocamento horizontal na ruptura para o

Colúvio. ........................................................................................................................ 140

Tabela 7.3 – Tensão cisalhante, tensão normal líquida, sucção mátrica e deslocamento

horizontal na ruptura para o solo Residual Jovem. ...................................................... 142

Tabela 7.4 – Tensão cisalhante, tensão normal líquida, sucção mátrica e deslocamento

horizontal na ruptura para o solo Colúvio. ................................................................... 142

Tabela 7.5 – Equações de ajuste Hiperbólico para o solo Residual Jovem. ...................... 143

Tabela 7.6 – Equações de ajuste Hiperbólico para o Colúvio. ........................................... 143

Tabela 7.7 – Parâmetros de resistência no plano da Tensão normal líquida para o solo

Residual Jovem. .......................................................................................................... 146

Tabela 7.8 – Parâmetros de resistência no plano da Tensão normal líquida para o Colúvio.

..................................................................................................................................... 146

Tabela 7.9 – Resumo das características físicas dos 4 Colúvios considerados. ............... 152

Tabela 7.10 – Resumo das características físicas dos 3 Solos Residuais considerados. . 153

Tabela A.1 – Características dos instrumentos elétricos de medição. ................................ 172

DBD


Lista de Símbolos

CDSC = cisalhamento direto com sucção controlada;

DAVE = disco cerâmico de alto valor de entrada de ar;

ABNT = Associação Brasileira de Normas Técnicas;

SUCS = sistema unificado de classificação de solo;

ASTM = American Society for Testing and Materials;

= tensão normal;

r = tensão normal na ruptura;

’ = tensão efetiva;

c’, Ø’ = parâmetros efetivos de resistência do solo saturado;

c = coesão aparente do solo devido ao acréscimo de sucção mátrica;

= tensão cisalhante;

r = tensão cisalhante na ruptura;

= parâmetro que dependente do tipo e da estrutura do solo, do grau de saturação,

da seqüência de umedecimento e secagem, da história, do nível e da trajetória de

tensões;

Øb= parâmetro que quantifica o aumento na resistência devido a um aumento na

sucção matricial;

uw = pressão de água;

ua = pressão de ar;

(σ – ua) = tensão normal líquida;

(σ – ua)r = tensão normal líquida na ruptura;

(ua – uw) = sucção mátrica;

(ua – uw)r = sucção mátrica na ruptura;

# = diâmetro da abertura da malha da peneira;

Gs = densidade relativa dos grãos;

LC = limite de contração;

LL = limite de liquidez;

LP = limite de plasticidade;

IP = índice de plasticidade;

CH = argila de alta plasticidade, de acordo com a classificação do solo da SUCS;

o-ring = anel de borracha de vedação;

DBD


top-cap = tampa metálica para distribuição uniforme da carga normal sobre toda a área da

amostra;

α = ângulo de inclinação constante da curva tensão-deslocamento;

δv = deslocamento vertical;

δh = deslocamento horizontal;

δhr = deslocamento horizontal na ruptura;

n = porosidade;

ρs = massa específica dos grãos de solo;

n = peso específico natural;

d = peso específico seco;

w = peso específico da água;

e = índice de vazios;

eo = índice de vazios inicial;

w = teor de umidade gravimétrico;

wreal = teor de umidade gravimétrico calculado a partir de secagem em estufa;

wcalc = teor de umidade gravimétrico calculado utilizando o sistema de medição de

variação volumétrica;

θ = teor de umidade volumétrico;

θs = teor de umidade volumétrico do solo saturado;

θr = teor de umidade volumétrico do solo correspondente a condição de saturação

residual;

S = grau de saturação;

a, b = parâmetros de ajuste da função hiperbólica;

k = parâmetro de ajuste;

ψ = sucηγo;

Θ = teor de umidade volumétrico normalizado;

Tf = tempo de ruptura;

Cv = coeficiente de adensamento relacionado ao ensaio;

U = grau médio de dissipação do excesso de poro-pressão (95%);

η = parâmetro referente a drenagem;

Cw = coeficiente de adensamento do solo não saturado relacionado com a fase

líquida;

Kw = coeficiente de permeabilidade do solo não saturado relacionado com a fase

líquida;

ρw = densidade da água;

DBD


g = aceleração da gravidade;

mw = 2 inclinação da curva característica de sucção;

λ = fator de impedância;

Kd = coeficiente de permeabilidade do DAVE;

Ld = espessura do DAVE;

Kr(ψ ) = coeficiente de permeabilidade relativa em função da sucção;

Kw(ψ ) = coeficiente de permeabilidade não saturado em função da sucção;

Ks= coeficiente de permeabilidade saturado;

a, n, m = parâmetros de ajuste segundo a metodologia de Fredlund e Xing (1994).

DBD


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